P1 Simulación de sistemas mediante la herramienta TrueTime en el entorno Simulink de Matlab PDF

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Grado en Ingeniería en Electrónica Industrial y Automática 4º. CursoControl y Comunicaciones IndustrialesPráctica 1: Simulación de sistemas mediante la herramienta TrueTime en elentorno Simulink de Matlab. Ejemplo servoObjetivo:Familiarizarse con la herramienta de simulación TrueTime, basada en Matl...

Description

Grado en Ingeniería en Electrónica Industrial y Automática Control y Comunicaciones Industriales

4º. Curso

Práctica 1: Simulación de sistemas mediante la herramienta TrueTime en el entorno Simulink de Matlab. Ejemplo servo

Objetivo: Familiarizarse con la herramienta de simulación TrueTime, basada en Matlab/Simulink, que permite la co-simulación de la ejecución de tareas de control en núcleos de tiempo real, la transmisión de mensajes por red, y la dinámica de las plantas continuas.

Planteamiento: El diseño tradicional de controladores utilizando MATLAB/Simulink, no tiene en cuenta a menudo los efectos temporales derivados de la implantación (hw y sw) de los controladores. Hoy en día , los controladores se implementan habitualmente como tareas en un núcleo (kernel) en tiempo real y se comunican con otros nodos en una red. Por consiguiente , las limitaciones del sistema de destino (por ejemplo la velocidad de la CPU y el ancho de banda de red) deben tenerse en cuenta en tiempo de diseño. TrueTime es una toolbox para la simulación de sistemas de control en tiempo real, centralizados o distribuidos, que permite simular el comportamiento temporal de núcleos de tiempo real ejecutando tareas del controlador. TrueTime también permite simular modelos simples de protocolos de red y su influencia en los lazos de control en red. Los sistemas de control en tiempo real son muy sensibles a pérdidas de datos y retardos, por lo es preciso estimar su influencia en las prestaciones del control. Siguiendo la filosofía modular de Simulink, TrueTime modela cada elemento del sistema como un bloque independiente, interconectando los diferentes bloques de forma adecuada para modelar el sistema completo. TrueTime consiste, básicamente, en un bloque de núcleo (kernel) y un bloque de red (network), ambos escritos en C++ . TrueTime también proporciona un conjunto de funciones de MATLAB utilizadas para, por ejemplo , hacer conversiones A/D y D/A , enviar y recibir mensajes de red , establecer temporizadores y cambiar los atributos de las tareas . Los bloques TrueTime están conectados con bloques normales de Simulink para formar un sistema de control en tiempo real. El bloque TrueTime kernel simula un computador con un kernel de tiempo real activado por eventos, convertidores A/D y D/A , una interfaz de red , y canales de interrupción externa . El kernel ejecuta tareas definidas por el usuario y manejadores de interrupción, que representan , por ejemplo , tareas de E/S, algoritmos de control y las tareas de comunicación. La ejecución se define mediante funciones de código escrito por el usuario (funciones en C+ + o ficheros .m) o gráficamente utilizando bloques ordinarios de Simulink discretos. La simulación del tiempo de ejecución del código puede ser modelado como constante , aleatorio o dependiente de los datos . Por otra parte, la política de planificación en tiempo real del núcleo es arbitraria y decidida por el usuario. El bloque de red (TrueTime Network) es activado por eventos y permite la distribución de mensajes entre nodos de computación de acuerdo con un modelo de red elegida. Actualmente están soportados varios de los protocolos de control de acceso al medio más comunes (CSMA/CD (Ethernet ), CSMA/CA (CAN), token-ring, FDMA, TDMA) . También es posible especificar los parámetros de red, tales como la tasa de transmisión , los retrasos de pre- y post- procesamiento , la sobrecarga de trama, y la probabilidad de pérdidas. TrueTime se puede utilizar como plataforma experimental para investigar diferentes propuestas de implantación y planificación en tiempo real de tareas de control.

Desarrollo de la práctica Una sesión de trabajo con TrueTime consiste en: -

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Ejecutar la aplicación Matlab Configurar y ejecutar TrueTime en el entorno Matlab Ejecutar Simulink y crear un modelo nuevo (o abrir uno previamente creado), donde se van a representar los bloques y relaciones que existen entre ellos, así como configurar los parámetros de cada uno de los bloques, para modelar el comportamiento de un sistema. Simular el sistema modelado y evaluar el comportamiento del mismo, modificando, si es necesario, los parámetros del modelo para ajustarlo a las especificaciones que se le exija.

El archivo comprimido TrueTime.zip, disponible en Escritorio Virtual de la UVa, contiene el código de la herramienta, un manual de uso y diversos ejemplos. En esta práctica se trabajará con el ejemplo servo que permite modelar un lazo de control de un motor de c.c. donde el controlador es un computador en el que se define la tarea de control.

Se desarrollarán los siguientes puntos: 1) Analizar el contenido del fichero pid_code1.m, describiendo la funcionalidad de cada una de sus componentes y de las funciones referenciadas. 2) Comprobar y discutir la equivalencia de los diferentes modos de implementar el control PID. 3) Investigar la influencia de los parámetros del PID (K, Ti, Td) sobre las prestaciones del controlador: ¿qué ocurre si se dobla o reduce a la mitad los valores de los parámetros? 4) Investigar el efecto del intervalo de muestreo h en el comportamiento del controlador.

El entregable consistirá en un archivo comprimido (.rar, .zip) que incluya un informe (documento pdf) comentando los resultados (incluyendo las capturas de pantalla más representativas) y las conclusiones que se vayan obteniendo a lo largo del desarrollo de la práctica.

El entregable se subirá al escritorio virtual de la UVa cuando esté activada la tarea correspondiente....